近日，上海交通大学王如竹教授领衔的“能源-水-空气”交叉学科创新团队ITEWA（InnovationTeamforEnergy,Water&Air）在Cell姊妹刊Device上发表了题为“Passivethermalmanagementofelectronicdevicesusingsorption-basedevaporativecooling”的研究论文。论文针对5G通信基站高负荷下的散热问题，提出了一种基于吸附的被动散热技术，有望打破原有被动散热技术瓶颈，为未来电子设备散热提供新机遇。上海交大机械与动力工程学院制冷与低温工程研究所博士生刘浩然和余佳琦是论文的共同第一作者，王如竹教授为通讯作者。

随着电子设备热流密度不断提升，热管理已经成为制约电子设备发展的主要瓶颈。从实际应用角度看，散热能力决定了设备的性能能够发挥的程度。对于部分设备，如手机和通信基站等，受限于其特殊的使用场景，往往只能通过热辐射和自然对流等被动方式实现散热。经过持续数年的发展，上述被动散热技术已很难进一步强化。为此，急需寻找新方法以满足未来电子设备的要求。

本文提出的一种基于吸附的被动散热技术，类似哺乳动物通过汗液蒸发实现自身散热，当设备高负荷运行时，吸附剂涂层在高温下发生水分解吸，并带走一部分热量。而当设备低负荷运行时，吸附剂涂层可自发地从周围环境中吸附水分子，实现再生过程。除环境温度外，环境湿度也可作为潜在的资源用于电子设备散热。本文中，研究人员基于新型复合吸附剂LiCl@ACF，在小型样机和实际5G基站上分别探究了上述基于吸附的蒸发冷却技术的可行性。基于小型样机的室内和室外实验皆表明，本文提出的冷却策略可使散热器表面温度最多降低20oC，等效冷却功率最大为602W/m2。相应CFD仿真结果进一步证明了实验结果的有效性，并表明在该实验系统中，解吸、热辐射和自然对流对约占总散热量的22%、23%和55%。实际5G基站实验结果进一步表明，尽管商用设备散热器已经过仔细设计，本文提出的冷却策略仍然可以使得设备整体温度降低5-8oC，相当于在表面温度一定的情况下设备的性能提升13-21%。

王如竹教授领衔的ITEWA“能源-水-空气学科交叉”创新团队长期致力于解决能源、水、空气交叉领域的前沿基础性科学问题和关键技术，旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案，推动相关领域取得突破性进展。团队近年来在Science,Joule,EES,NatureWater,NatureCommunications,AdvancedMaterials,Device等高水平期刊发表系列跨学科交叉论文。

（来源：上海交通大学）

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5G的脚步越来越近，数据流量需求持续猛增，网络负荷大幅增长，基站耗电和设备散热问题日趋严重。面对越来越“烫”的基站，人们不禁在想，它能否像数据中心一样，引入水冷系统降温？

通信行业“老大哥”诺基亚把这事做成了。最近，该公司在芬兰的一栋公寓大楼里部署了全球首个液冷基站系统，并将回收的基站废热用于楼内供暖。诺基亚表示，采用液冷系统的基站可省电30%，二氧化碳排放量减少80%。

作为无线通信系统中重要的基础信息枢纽，基站系统为什么需要冷却？液冷系统的技术原理是什么？

制冷系统占基站耗电量的大头

在通信网络中，约80%的能耗来自基站，它可谓是“耗电大户”。如今，随着基站数量和网络负荷的增加，基站的耗电量不断攀升。

是谁消耗了如此多的电量呢？

“基站内的制冷系统是导致耗电多的‘真凶’。”天津大学环境科学与工程学院建筑环境与设备工程系主任张欢说，基站承担着处理和传输海量数据的重任，数据处理过程中会产生大量的废热。为保障设备在恒温下运行、不因为温度过高而宕机，制冷系统要不间断地为基站降温。

“自从诞生以来，基站大多采用传统的空调制冷方式，这种降温方式耗电量较大。近年来，海量设备联网，数据流量需求激增，制冷设备也随之增加，于是基站耗电问题日趋严重。”张欢解释道，与目前大范围应用的4G技术相比，未来5G网络使用的频段会更高，最低也会在3GHz频段以上。频段升高会导致信号覆盖范围缩小，就需要新建更多的基站，以满足信号的覆盖要求，5G基站的数量可能是4G的2到3倍。

“此外，由于5G网络承载的数据量大，基站设备释放的热量会随之增多，也就需要更多的冷却设备。”张欢说。

液冷比风冷效率更高、降温更精准

由此可见，在5G正式到来前，对基站冷却系统进行节能改造，显得十分必要。

目前，全球大多数基站采用空调制冷方式，属于风冷式冷却，即通过向基站室内送冷风，保持适宜的室内温度。当室外空气温度较低时，可将室外新风过滤后，直接送入基站室内。当室外新风温度不达标时，可用冷却技术降低空气温度，再将空气送入基站室内；如果上述方法都不奏效，就用空调机组降低温度。

“但是这种冷却方式存在着明显的弊端，比较明显的一点就是，不能实现精准控温。”张欢说，“在高热量密度的环境下，任何失误或任何温度、湿度失衡，都可能在极短时间内导致数据系统遭到破坏或数据丢失。一旦出现这些问题，后期维修和赔偿所需支付的费用是极高的，因此基站需要更精准的冷却系统。”

其实早在2017年，诺基亚就曾展示过贝尔实验室的液冷基站技术。通过查阅资料，记者了解到，这种液冷式冷却方式的工作原理是，利用装有冷却液的散热管，直接冷却电子设备；冷却液吸收热量后，液体温度升高，可将其用作供暖等；也可将热量散给室外空气，使冷却液温度降低，再将冷却液送去电子设备的散热管。

“液体是储存和运输热量的优质介质。在运输同等热量时，输送水的泵耗要远小于输送空气的风机能耗。同时，在精准冷却方面，液冷冷却要比风冷冷却更具优势。”张欢分析说，“液冷技术不仅可减少风机带来的噪声污染，冷却设备后的液体温度约为50到60摄氏度，其可作为周边建筑供应生活热水或用于冬季供暖，大大提高了能量利用率，达到精准冷却、降低能耗的目的。”

技术早已落地，或于5G时代被大规模应用

张欢表示，作为一项较为成熟的冷却技术，液冷技术早已“飞入寻常百姓家”，目前在航空航天、汽车等领域得到了大规模应用。

20世纪30年代的液冷V型发动机以及美国F-18军用机载设备，都采用了微通道液冷系统；“阿波罗”航天计划的产物之一——液冷服，它可使航天员在舱外活动期间不受温度高低起伏的影响……

液冷技术在计算机领域的应用也早已有之。1964年至1990年，全球大部分大型主机采用的冷却方式都是液冷；2008年4月，IBM展示了其首个采用水冷技术的超级计算机Power 575，其中包含14个内置水冷管道的服务器；在2009年国际超级计算机大会上，绿色革命冷却技术公司推出了矿物油冷却技术，利用比热容是空气1200倍的一种矿物油对服务器进行冷却，使冷却耗能最高节省95%……

张欢认为，若采用液冷技术，5G基站将具有更好的控温环境。“相信在不久后，随着5G时代的到来，液冷技术将在国内的基站建设中得到大规模应用。”她说。